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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2241656

Way Wasserstoff durch Hydrolyse von Magnesium für autonome Kraftwerke elektrochemischen Generator zu speichern und zu produzieren

Name des Erfinders: Avakov VB (RU); Zinin VI (RU); Ivanitskii BA (RU); Fists GV (RU); Landgraf IK (RU); Hrestinin MM (RU)
Der Name des Patentinhabers: Bundes GUP "Central Research Institut für Schiffs Elektrotechnik und Technik" (RU)
Korrespondenzanschrift: 196128, St. Petersburg, ul. Gnade, 6, Bundes GUP "Central Research Institut für Schiffs Elektrotechnik und Technik"
Startdatum des Patents: 2003.01.21

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern und Wasserstoffenergie in autonomen Installationen elektrochemischen Generatoren mit einer Funktionszyklus von mehreren Stunden bis zu mehreren tausend Stunden produzieren. Das Verfahren umfasst in Form von gesättigtem oder überhitztem Wasserdampf Wasserstoff durch Hydrolyse in die Wasserversorgung von Magnesium erhalten wird. Magnesium wird in der Form einer Folie verwendet, Draht, Granulat, regelmäßigen oder unregelmäßigen, mit der Maßgabe, dass eine der linearen Abmessungen der verwendeten Form nicht 1,2 mm nicht überschreitet. Wird für die Reaktionswasser in einem elektrochemischen Generator erzeugt wird, und wird als die erzeugte Wärme während der Reaktion selbst verwendet. In Kraftwerken mit geringer Autonomie zu mehreren Stunden wird die Hydrolyse bei einer Temperatur von 400-450 ° C durchgeführt wird, wird der Behälter ein Verfahren zum Speichern und Austauschen des verbrauchten gesamten Behälter aufgebracht. In Kraftwerken mit autonomer Prozess bei 120-150 ° C durchgeführt, und die anwendbaren nicht entfernbare Behälter und die Entfernung von Reaktionsprodukten, wird durch Behandlung mit einem Magnesiumoxid-Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, ein Magnesiumsalz zu ergeben, und dann aus dem Behälter durch Extrusion zu lösen. die Strömung von Wasserstoffregulierende erzeugt wird, durch Einstellen der Menge des zugeführten Wassers in Form von Wasserdampf durchgeführt. Zur Reduzierung der Kosten für die Energie zur Herstellung von für die Hydrolyse Reaktionsbehälter (Lagerung) partitioniert die Magnesium und einem oder mehreren Abschnitten als verwendet "glow". Das technische Ergebnis ist eine deutliche Erhöhung der Gewichtsprozent von Wasserstoff bereitgestellt hergestellt, dass die Vollendung der Ausgangsmaterialien und der Außen Austrag der Reaktionsprodukte während der Autonomie abwesend.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft in sich geschlossene Kraftwerke, die hauptsächlich aus den elektrochemischen Generatoren.

Eine Besonderheit der eigenständigen Kraftwerke (PP) ist die Betriebsfrequenz für einen relativ kurzen Zeitraum, dessen Dauer durch den Bestand an Reaktanten (Brennstoff und Oxidationsmittel) bestimmt.

Dazu gehören die Installation von Kraftwerken für U-Boote, Unterwasserfahrzeuge, Schiffe, Schienen- und Straßenverkehr, Hausenergiequellen Charge und Batch und stationäre Kraftwerke, die auf den meisten verantwortlich Websites verwendet werden, die keine Unterbrechung der Stromversorgung ermöglichen.

Verfahren zur Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff in autonome Kraftwerk sollten langfristige und sichere Lagerung und die sichere und ihre Rezeption zu minimalen Kosten, Gewicht und Volumen des Speichersystems und die Produktion von Wasserstoff zur Verfügung stellen, die Einfachheit der Betrieb von Kraftwerken und die Entsorgung der Reaktionsprodukte.

Bekannte Verfahren zum Speichern von Wasserstoff und für eine unabhängige Kraftwerke produzieren (siehe Lidorenko NS, GF Muchnik Elektrogeneratoren - Moskau, 1982; .. Korowin NV Elektrochemische Energie - M:.. Energoatomisdat, 1991) :

- Speicherung in gasförmigem Zustand, in dem Wasserstoff in Hochdruckbehältern gelagert wird (bis zu 50 MPa) und nach der elektrochemischen Generator zugeführt wird Drosselung (ECG);

- Speichern von Flüssigkeit (kryogenen) Wasserstoff, bei dem vor der EKG-vergast Eingabe;

- Speichern von intermetallischen Verbindungen zusammengesetzt, die es sorbiert zuvor, und bevor das EKG-Eingabe von der Absorption von Wärme desorbiert wird;

- Speicherung von Wasserstoff in einem chemisch gebundenen Zustand, bestehend aus Wasserstoff enthaltenden Verbindungen, wenn Wasserstoff durch die jeweilige chemische Verfahren hergestellt wird.

Nach dem letzteren Verfahren der Wasserstofferzeugung und der Lagerung sind:

- Speicherung von Wasserstoff in der Zusammensetzung von Ammoniak und durch Dissoziation zu erhalten;

- Ein Wasserstoffspeicherzusammensetzung von Methanol und anderen flüssigen Kohlenwasserstoffen und deren Empfang durch Dampf oder Dampf-Sauerstoff deren Umsetzung;

- Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden Zusammensetzung und deren Herstellung durch thermische Zersetzung;

- Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden, und die Zusammensetzung des Wassers und seine Herstellung durch Hydrolyse von Metallhydriden.

Keines der obigen Verfahren der Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff erfüllt nicht alle Anforderungen für die Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff für den Stand-alone-Kraftwerke.

Die sichere und einfach zu bedienen Weise in den intermetallischen Verbindungen zu speichern, aber es ist teuer in der Herstellung und bestimmt die größere Masse Kraftwerk, da die Kosten von 1 kg der intermetallischen Verbindung ist $ 15-35 und Massenwasserstoffkapazität Sorbentien weit angewendet nur 1,5-2,0% .

Geringstem Gewicht und Volumen der Installation mit ausreichender Grad an Sicherheit kann durch die Umwandlung von Methanol oder Kohlenwasserstoffbrennstoff erhalten werden, sind jedoch unvermeidlich gasförmigen Reaktionsprodukte, die in einigen Fällen nicht (in U-Booten und anderen ähnlichen Objekten) erlaubt, als führen zu einem Verlust der Geheimhaltung kann.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und von Wasser mit Aluminium und Magnesium zu reagieren.

Jedoch Hydrolyse von Aluminium ist nur Wasser in Gegenwart von Alkali für eine der folgenden Reaktionen

Die Massenausbeute von Wasserstoff gemäß der Reaktion (1) etwa 1,5% und das Reaktionsprodukt ist in Wasser unlöslich, so dass eine weitere Betrachtung der Reaktion (1) ist nicht interessant.

Die Massenausbeute der Reaktion (2) erreicht theoretisch 3,5%, das Reaktionsprodukt in Wasser schwer löslich ist, so dass die anschließende Entfernung der Reaktionsprodukte nach Beendigung ihres Lebenszyklus zu ermöglichen, werden in der Regel in Form einer Lösung aufbewahrt, worauf zusätzliches Wasser benötigt wird, die die Masse reduzieren Wasserstoffausbeute von 1,5-2%.

Dies unter Berücksichtigung der Irreversibilität des Verfahrens und macht die Reaktion (2) uninteressant.

Magnesium Wasser Hydrolysereaktion weitergehen kann

Massen Wasserstoff-Ausbeute betrug 3,3% und das Reaktionsprodukt ist in Wasser unlöslich.

Die vorliegende Erfindung bei wesentlich Ziel der Gewichtsprozentsatz an Wasserstoff Erhöhung auf das Gesamtgewicht der anfänglichen Reaktionsprodukt bezogen, sofern die Fertigstellung der Außenausgangsmaterialien, wie Wasser, und Abführen der Reaktionsprodukte in der Zeit der Autonomie - fehlen, ist es sehr wichtig, sicherzustellen , Stealth-Objekt mit PP mit EKG ausgestattet.

Experimente haben gezeigt, daß das Verfahren durch Umsetzung verschieden sein können aus (3) bei bestimmten Bedingungen durchgeführt wird, nämlich

Als Ergebnis der Reaktion von Magnesium mit Wasser ergibt sich eine reine Magnesiumoxid und Wasserstoff. Die Massenausbeute von Wasserstoff ist mehr als 4,7%, aber wenn man, dass die Notwendigkeit für die Reaktion zu prüfen, die Wassermenge klein ist und trotzdem im EKG während des Betriebs ET erzeugt, dann, wenn Massenwasserstoffausbeute unter Verwendung von 8,23% erreicht.

Voraussetzung Gerät (4) Wasser in der Dampfphase, in Form von gesättigtem oder überhitztem Wasserdampf in einer Menge nahe der Stöchiometrie zu liefern. Zur gleichen Zeit wird die Menge an Wasserstoff, der durch die zugeführte Wassermenge geregelt.

Magnesium kann in jeder Form des Blattes, Draht, Granulat, regelmäßige und unregelmäßige usw. verwendet werden Es ist wichtig, die Reaktionsoberfläche und ihre Vollständigkeit zu maximieren.

In beiden Fällen bedeutet dies, dass eine der linearen Abmessungen der verwendeten Form ausreichend klein ist und nicht mehr als 1,2 mm.

Die Höhe der Temperatur, bei der die Umsetzung vorteilhaft durchgeführt wird, und ein Verfahren zum Speichern und Ausgangsmaterialien und das Verfahren zum Ersetzen der anfänglichen Reaktionsprodukte hängen von der Art und Zuweisen zu dem Kraftwerk.

In Kraftwerken mit relativ wenig Autonomie, nicht ein paar Stunden mehr als, wie EC-Motor, ist es ratsam, den Vorratsbehälter und die Ersatzmethode zu verwenden, und die Reaktion wird bei einer Temperatur von 400-450 ° C durchgeführt In diesem Verfahren von Magnesium in der Form einer Folie, Draht, Granulat, regelmäßig oder unregelmäßig in speziellen Behältern angeordnet, in die die Oxidationsreaktion von Magnesiumdampf intensive Entwicklung von Wasserstoff. Sobald das gesamte Magnesium in einem Behälter mit Dampf und verwandeln sich in Magnesiumoxid reagiert hat, wird aus dem Installationsschiff entfernt und wird von einer spezialisierten Firma geschickt, und ein neuer Behälter anstelle von Magnesium verbrachte Container installiert.

In Kraftwerken mit großer Autonomie der Zehner, Hunderte und Tausende von Stunden (zum Beispiel in Kraftwerken U-Boote) ist es ratsam, nicht entfernbare Behälter (Speicher) zu verwenden, und die Oxidationsreaktion von Magnesium Mg genug, um zu speichern, bei einer Temperatur von 120-150 ° C zu führen Somit ist die Entfernung der Reaktionsprodukte (Magnesiumhydroxid) von einer stationären Lagerung kann unter basischen Bedingungen durchgeführt werden, wie folgt: Säure-Vorbehandlung von Magnesiumhydroxid eine wasserlösliche Magnesiumsalze zu ergeben; Auflösung des Salzes; die Lösung aus dem Behälter extrudiert wird; Spülen des Behälters mit Wasser.

Für diesen Zweck verwendet werden können, beispielsweise die Reaktions

Nach der Reinigung des Reaktionsprodukts Behälter mit einem frischen Anteil von Mg gefüllt, die zur Verwendung in Form von Pellets oder in einer anderen Form, die geeignet ist, die Fließfähigkeit des Materials und das Fehlen von Feinstaub bereitstellt, die zur Selbstentzündung führen kann.

Um den Beginn der Reaktion (4) zu gewährleisten, müssen Magnesiumdampf und Wärme einer vorbestimmten Temperatur erhalten werden. Hierzu kann beispielsweise verwendet werden, jedes elektrische Gerät (a Heizung, elektrische Entladung oder dergleichen), die von einer Basisquelle zugeführt wird, oder von einer Quelle an Bord. Da die Reaktion stark exotherm ist, ist es wichtig synitsiirovat die erforderlichen Temperaturen durch die Entfernung von überschüssiger Wärme aufrechtzuerhalten fortzusetzen.

Um die Vorbereitungen für die Hydrolysereaktion von Magnesium (Dampfproduktion und auf eine vorgegebene Temperatur Mg) Energiekosten Trennwand Magnesium ratsam Lagerung zu reduzieren und eine oder mehrere "glow" Abschnitte. Also zunächst erwärmt sie nur den "glow" Abschnitt, und dann, indem es als Ergebnis der Reaktionswärme erhitzt andere freigegeben.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zum Speichern und Wasserstoff in autonomen Stromversorgungssystemen mit elektrochemischen Generatoren mit Betriebszyklus von wenigen bis zu Tausenden von Stunden produzieren, vor allem für Kraftwerke U-Boote, Tauchbooten, Straßenverkehr und Betrieb periodisch stationären Anlagen, die auf den meisten verantwortlich Websites verwendet werden, die Unterbrechung der Stromversorgung nicht zulassen für die Herstellung von Wasserstoff durch Hydrolyse von Magnesium bei erhöhter Temperatur bieten, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse mit Magnesiumzuführungs Wasser in Form von gesättigtem oder überhitztem Wasserdampf in einer Menge nahe dem stöchiometrischen gemäß der folgenden Reaktion durchgeführt wird Dann bieten maximale Massenausbeute von Wasserstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnesium Hydrolysereaktion mit Wasser in einem elektrochemischen Generator erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in der für die Erzeugung von Dampf aus und Erwärmen des Magnesium auf eine vorbestimmte Temperatur, um die Wärme, die durch die Hydrolyse von Magnesium erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Menge an erzeugtem Wasserstoff liefern die Menge an Wasser zu der Reaktionszugeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zubereitung für die Verringerung des Energieverbrauchs für die Reaktion von Magnesium Trennwand Durchführung der Speicherung und einen oder mehrere Abschnitte als verwendet wird "glow".

6. Verfahren nach Anspruch 1, das für eine relativ kleine Kraftwerke mit Autonomie gekennzeichnet, nicht einige Stunden übersteigt, vorzugsweise Automobil, das Hydrolyseverfahren wird bei einer Temperatur von 400-450 ° C durchgeführt und das Magnesium in der Form eines Blattes, gewalzten rechts oder Granulaten oder unregelmäßiger Form, in dem eine der linearen Abmessungen der verwendeten Form nicht 1-2 mm und in speziellen Behältern platziert nicht überschreitet, leicht entfernbare, die nach Beendigung der Reaktion aus der Einheit entfernt und einen neuen Behälter mit Magnesium zum Recycling von Magnesiumoxid zu einem spezialisierten Unternehmen, und an seiner Stelle herzustellen gesendet .

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Kraftwerke mit einem relativ großen Autonomie von mehreren zehn, Hunderte und Tausende von Stunden, vorzugsweise für Kraftwerke für U-Boote, nicht entfernbare Behälter (Speicher) verwendet, um das Magnesium zu speichern, und die Hydrolyse wird bei einer Temperatur durchgeführt, 120-150 ° C, mit der Entfernung der Reaktionsprodukte (Magnesiumhydroxid) basischen Bedingungen zur Herstellung nach Magnesiumoxid Säurelösung wie Chlorwasserstoff Vorbehandeln Zu erhalten, verwendet, um ein wasserlösliches Magnesiumsalz und Lösen des Salzes in Wasser in einer Weise aus dem Behälter, gefolgt von Waschen und Laden eines neuen Teils des Magnesiums in Form von Pellets oder in jeder anderen Form Verdrängen, in dem eine der linearen Abmessungen der Form nicht mehr als 1 nicht überschreitet 2 mm, die Fließfähigkeit des Materials zu gewährleisten.

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Erscheinungsdatum 04.01.2007gg